畢業(yè)設(shè)計論文一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置1

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1、 一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置 學(xué) 校： 院系專業(yè)： 指導(dǎo)教師： 姓 名： 2010.11.20 摘 要 本設(shè)計說明書主要是關(guān)于一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法中配重臂裝卸裝置的設(shè)計思路和設(shè)計過程。 目前在風(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)軸承性能測試中，采用配重臂模擬槳葉，配重模擬作用在槳葉上的風(fēng)載，通過配重臂與輪轂的連接來進行變槳回轉(zhuǎn)軸承的性能測試，但配重臂與輪轂之間的裝配和拆卸是依靠吊車實現(xiàn)的，其缺點是每次只能裝配或拆卸一個配重臂，需要多人參與裝配，生產(chǎn)效率和自動化水平低、安全性差。因此開發(fā)

2、一種高效、安全的自動化的變槳配重臂裝卸裝置是亟待解決的問題。 在科技飛速發(fā)展、自動化程度高速發(fā)展的今天，提高風(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)軸承性能測試中配重臂與輪轂之間的裝配和拆卸效率顯得尤為重要，本課題就如何提高這一工作效率作出了設(shè)計及論證，采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動控制平行四連桿機構(gòu)，其進退控制閥組可實現(xiàn)進退缸的位置保持及浮動控制；升降控制閥組、同步馬達、升降缸閥組可實現(xiàn)升降缸的位置保持、升降缸的二級壓力切換及同步升降控制，具有自動化程度高、安全性好的優(yōu)點。 關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)軸承 配重臂設(shè)計 液壓系統(tǒng) 平行四連桿機構(gòu) ABSTRACT

3、 This design guide is mainly about a handing device of wind turbine pitch bearing’s weight balance system and design ideas, design process of weight balance arm system in assemble and disassemble methods. Currently in tests of wind turbine pitch bearing, using the weight balance arm to simulate

4、blades. Weight balance arm simulate the wind load on the blade, and make performance testing by connect the weight balance arm and the hub. But the assemble and disassemble between weight balance arm depends on cranes to realize, the drawback is that you can only assemble or disassemble one counterw

5、eight arm, several people are needed to participate in assemble, the production efficiency and the automation level are low, security is also not good. Therefore to develop an efficient and secure automated turbine pitch bearing weight balance arm handling device is a problem to be solved. With th

6、e rapid development of technology and automation today, to improve assemble and disassemble efficiency between hubs in wind turbine pitch bearing system is particularly important. This issue made design and demonstrate on how to improve the work efficiency in this area, use hydraulic to drive and co

7、ntrol a parallel four-connecting-rod organization. The advance and retreat control group can realize position keep and floating control. However, maintain of position, the secondary pressure’s control switch of lifting cylinder and synchronization lifting control can be realized by lift control grou

8、p, synchronous motors and lifting cylinder groups, with advantages of high automation degree and security. Key words: wind turbine pitch bearing weight balance arm hydraulic system four-connecting-rod organization 目 錄 第一章 概述 1 1.1本課題的研究背景 1 1.1.1風(fēng)力發(fā)電機國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1 1.1.2風(fēng)力發(fā)電機的組成及

9、變漿軸承 2 1.2 課題來源及其意義 3 1.3 課題內(nèi)容及設(shè)計思想 3 1.3.1 課題研究內(nèi)容 3 1.3.2 具體內(nèi)容及設(shè)計思想 3 1.4技術(shù)路線與可行性分析 5 1.4.1技術(shù)路線 5 1.4.2可行性分析 5 1.4.3本實用新型裝卸裝備優(yōu)點: 6 第二章 配重臂裝卸裝置的總體方案設(shè)計 7 2.1 配重臂裝卸裝置概述 7 2.1.1 配重臂裝卸裝置簡介 7 2.1.2配重臂裝卸裝置的工作原理 7 2.2 配重臂裝卸裝置部件的設(shè)計要求及參數(shù)確定 8 2.2.1 設(shè)計要求 8 2.2.2 配重臂裝卸裝置的整體結(jié)構(gòu)尺寸確定 8 第三章 液壓支架主要零

10、部件的設(shè)計與計算 10 3.1整機鋼結(jié)構(gòu)的選型 10 3.2 液壓缸的選擇 10 第四章 整機重要部件的受力校核 22 4.1 左側(cè)頂桿支架校核 22 4.2對拉桿2做強度校核 24 4.3右側(cè)頂桿支架校核 24 4.3銷釘校核 26 第五章 結(jié)論與展望 28 謝 辭 29 參考文獻 30 第一章 概述 1.1本課題的研究背景 本課題主要是設(shè)計一款風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，目的是服務(wù)于現(xiàn)在正蓬勃發(fā)展的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)。 目前風(fēng)電技術(shù)及其設(shè)備研制剛剛處于起步階段，中國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用相對落后于歐美，風(fēng)電設(shè)備在設(shè)計選型時應(yīng)關(guān)注的主要技

11、術(shù)經(jīng)濟指標還沒有較好的評價和分析方法。技術(shù)來自實踐也應(yīng)用于實踐，通過對市場的調(diào)研和對現(xiàn)有設(shè)備的分析和評價，來找到一種最合理的方案。本文正是通過上述分析，提出了風(fēng)電設(shè)備設(shè)計選型設(shè)計的一種新型有效、實用簡單的評價方法和分析途徑，并設(shè)計出了實際設(shè)備供實際生產(chǎn)參考使用。 1.1.1風(fēng)力發(fā)電機國內(nèi)外研究應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 近年來由于環(huán)境和能源問題日趨緊張，風(fēng)電作為一種可再生綠色能源越來越受到世界關(guān)注，尤其是近十年．全球風(fēng)電累計裝機容量的年均增長率接近30％，到2009年底世界總的風(fēng)能發(fā)電容量將突破12億萬Mw。據(jù)歐洲《風(fēng)力十二》的規(guī)劃和預(yù)測，到2020年全世界風(fēng)能裝機容量將達到123.1萬Mw，這一

12、水平是2005年的21倍，年平均增速高達20％，屆時風(fēng)電將占世界電力供應(yīng)的12％。國外液壓支架設(shè)計的自動化程度總體較高。液壓支架的設(shè)計主要包括三個步驟:首先，根據(jù)要開采煤礦的地質(zhì)環(huán)境確定液壓支架的工作阻力，然后，根據(jù)工作阻力，在三維CAD軟件中修改己經(jīng)成型的液壓支架的參數(shù)，再在CAE軟件中對修改后的CAD模型進行結(jié)構(gòu)分析，最后，在虛擬樣機軟件中對液壓支架進行動力學(xué)及運動學(xué)分析。 近十幾年中國風(fēng)電裝機容量迅猛增加，從1995年至今，我國風(fēng)電裝機容量年增長率超過46％。按照國家《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃>提出的目標到2010年我國風(fēng)電裝機容量將達O.5萬Mw，到2015年我國風(fēng)電裝機容量達1.5

13、萬Mw，到2020年我國風(fēng)電裝機容量達3.0萬Mw?，F(xiàn)在2010年的目標已提前三年完成，按照目前發(fā)展速度，預(yù)計到2020年我國風(fēng)電裝機容量將達8.O萬MW，在2030年后風(fēng)電將成為我國繼煤炭、石油之后的第三大能源。 圖1-1 我國西部的風(fēng)力發(fā)電群 風(fēng)電能源的需求拉動風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，長期以來國內(nèi)風(fēng)電產(chǎn)品大多依賴進口，市場一直被丹麥、德國、美國、西班牙等歐美國家把持。近年來，在市場的誘導(dǎo)和政策的促進下國內(nèi)涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀企業(yè)，從市場份額看，國產(chǎn)機組比例也在上升，目前國內(nèi)葉片、齒輪箱、發(fā)電機等零部件已基本能實現(xiàn)自主生產(chǎn)，但軸承、控制系統(tǒng)等還是主要依賴進口。 1.1.2風(fēng)力發(fā)電機的組成

14、及變漿軸承 風(fēng)力發(fā)電機組中的軸承包括偏航系統(tǒng)軸承變槳距系統(tǒng)軸承和傳動系統(tǒng)軸承 (圖 1)。變槳軸承安裝于葉片和輪轂之間,為保證不同風(fēng)速條件下風(fēng)力發(fā)電機組正常工作,要保證葉片可以相對其軸線旋轉(zhuǎn)以達到變槳的目的。變槳軸承目前大 圖1-2 風(fēng)力發(fā)電機上的一種變漿軸 量采用四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承,依據(jù)風(fēng)機的功率級數(shù)差異,單排、雙排的四點接觸球轉(zhuǎn)盤軸承目前均有采用。轉(zhuǎn)盤軸承工作時一般為低速的回轉(zhuǎn)運動或間歇擺動,主要失效形式是溝道與鋼球失效連接螺栓或輪齒失效。 1.2 課題來源及其意義 目前在風(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)軸承性能測試中，采用配重臂模擬槳葉，配重模

15、擬作用在槳葉上的風(fēng)載，通過配重臂與輪轂的連接來進行變槳回轉(zhuǎn)軸承的性能測試。輪轂固定把合在車間地面的底座上，配重臂放置在輪轂前面的兩個固定鞍座上，配重臂的數(shù)量根據(jù)葉輪的結(jié)構(gòu)有兩個或三個不等。配重臂與輪轂之間的裝配和拆卸是依靠吊車實現(xiàn)的，其缺點是每次只能裝配或拆卸一個配重臂，需要多人參與裝配，生產(chǎn)效率和自動化水平低、安全性差。因此開發(fā)一種高效、安全的自動化的變槳配重臂裝卸裝置是亟待解決的問題。 本設(shè)計的一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動控制平行四連桿機構(gòu)，其進退控制閥組可實現(xiàn)進退缸的位置保持及浮動控制；升降控制閥組、同步馬達、升降缸閥組可實現(xiàn)升降缸的位置保持、升降缸

16、的二級壓力切換及同步升降控制，具有自動化程度高、安全性好的優(yōu)點。 每個變槳配重臂的裝卸效率由原來的1小時減少到5分鐘，大大提高了試車效率和生產(chǎn)安全性，滿足了風(fēng)電批量化生產(chǎn)的要求。 1.3 課題內(nèi)容及設(shè)計思想 1.3.1 課題研究內(nèi)容 本實用新型涉及一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，課題內(nèi)容包括試驗方案的選擇與確定，試驗材料與結(jié)構(gòu)的選擇，結(jié)構(gòu)的校核等幾大具體內(nèi)容，目的是設(shè)計配重臂裝卸裝置的設(shè)計，按其原理要求在滿足強度和剛度的條件下實現(xiàn)功能 1.3.2 具體內(nèi)容及設(shè)計思想 本設(shè)計的目的是提供一種高效、安全的、自動化的風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法。 本設(shè)計的

17、技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的：一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，包括配重臂裝卸裝置和液壓控制系統(tǒng)，配重臂裝卸裝置由底座和兩套對稱布置的走行輪、驅(qū)動臂、升降液壓缸、拉桿、擺動臂、進退液壓缸等組成，其特征在于所述的走行輪、安裝在固定軌道上，左邊走行輪軸上裝有一個驅(qū)動臂，另一個走行輪軸上裝有一個擺動臂，驅(qū)動臂、擺動臂與車輪軸之間由滾動軸承支撐，驅(qū)動臂、擺動臂的一端與底座相連，另一端與拉桿相連，驅(qū)動臂、拉桿、擺動臂組成平行四邊形機構(gòu)，底座和驅(qū)動臂之間裝有升降液壓缸，進退液壓缸通過耳軸安裝在基礎(chǔ)上的固定支座上，液壓缸頭部與底座相聯(lián)；液壓控制系統(tǒng)由油箱組件、供油系統(tǒng)、進退油缸液壓系統(tǒng)、升降油缸液

18、壓系統(tǒng)組成，其特征在于所述的油箱組件為供油系統(tǒng)提供油并接受進退油缸液壓系統(tǒng)和升降油缸液壓系統(tǒng)的回油，供油系統(tǒng)為進退油缸液壓系統(tǒng)和升降油缸液壓系統(tǒng)提供壓力油并組成系統(tǒng)保壓、卸荷回路，進退油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂的進退并與二位四通電磁換向閥Ⅰ共同作用控制進退液壓缸的浮動，升降油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂裝卸裝置的升、降和保壓，保證兩升降液壓缸的同步動作，實現(xiàn)抬升過程中低壓和系統(tǒng)壓力的二次切換。配重臂裝卸裝置的機構(gòu)簡圖如圖1-3所示 1、底座，2、 走行輪Ⅰ，3、 驅(qū)動臂，4、 升降液壓缸，5、 拉桿， 6、 走行輪Ⅱ，7、 擺動臂，8. 進退液壓缸 圖1-3 配重臂裝卸裝置結(jié)構(gòu)簡圖 如附

19、圖所示，風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，包括配重臂裝卸裝置和液壓控制系統(tǒng)，配重臂裝卸裝置由底座1和兩套對稱布置的走行輪2、驅(qū)動臂3、升降液壓缸4、拉桿5、走行輪6、擺動臂7、進退液壓缸8等組成，走行輪2、走行輪6安裝在固定軌道上，走行輪2軸上裝有一個驅(qū)動臂3，走行輪6軸上裝有一個擺動臂6，驅(qū)動臂3、擺動臂7與車輪軸之間由滾動軸承支撐，驅(qū)動臂3、擺動臂7的一端與底座1相連，另一端與拉桿5相連，驅(qū)動臂3、拉桿5、擺動臂7組成平行四邊形機構(gòu)，能夠保證在配重臂升、降過程中始終保持平行移動。底座1和驅(qū)動臂3之間裝有升降液壓缸4，該液壓缸用于實現(xiàn)底座的升降運動。進退液壓缸8通過耳軸安裝在基礎(chǔ)上

20、的固定支座上，液壓缸頭部與底座1相聯(lián)當(dāng)進退液壓缸8動作時可實現(xiàn)底座的水平移動，從而帶動配重臂的進退。由走行輪2、驅(qū)動臂3、升降液壓缸4、拉桿5、走行輪6、擺動臂7組成的升降機構(gòu)共有前后兩套，對稱布置。在兩個升降液壓缸4的共同作用下完成變槳配重臂的抬升工作。 1.4技術(shù)路線與可行性分析 1.4.1技術(shù)路線 圖1-4 配重臂裝卸裝置技術(shù)路線分析 1.4.2可行性分析 目前在風(fēng)力發(fā)電變槳回轉(zhuǎn)軸承性能測試中，采用配重臂模擬槳葉，配重模擬作用在槳葉上的風(fēng)載，通過配重臂與輪轂的連接來進行變槳回轉(zhuǎn)軸承的性能測試。輪轂固定把合在車間地面的底座上，配重臂放置在輪轂前面的兩個固定鞍座上，配重臂

21、的數(shù)量根據(jù)葉輪的結(jié)構(gòu)有兩個或三個不等。配重臂與輪轂之間的裝配和拆卸是依靠吊車實現(xiàn)的，其缺點是每次只能裝配或拆卸一個配重臂，需要多人參與裝配，生產(chǎn)效率和自動化水平低、安全性差。隨著科技是發(fā)展，社會的進步，自動智能化得到了進一步的發(fā)展，所示實現(xiàn)風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法的自動化已不是難題，通過本論文的設(shè)計，每個變槳配重臂的裝卸效率由原來的1小時減少到5分鐘，大大提高了試車效率和生產(chǎn)安全性，滿足了風(fēng)電批量化生產(chǎn)的要求。 1.4.3本實用新型裝卸裝備優(yōu)點: 1、配重臂裝卸過程的高效、安全； 2、可實現(xiàn)進退缸的位置保持及浮動控制，保證配重臂與輪轂間的螺栓把合力矩； 3、可實現(xiàn)升降

22、缸的位置保持、二級壓力切換及同步升降控制； 4、可實現(xiàn)系統(tǒng)壓力自動補償及卸荷功能。 第二章 配重臂裝卸裝置的總體方案設(shè)計 2.1 配重臂裝卸裝置概述 2.1.1 配重臂裝卸裝置簡介　 本設(shè)計的配重臂裝卸裝置為風(fēng)電變槳軸承試驗用的典型配套設(shè)備，主要特點是： （1）、專業(yè)性強，設(shè)計的主要用途是為該實驗用，別的場合用途很??； （2）、設(shè)計應(yīng)該在滿足要求的情況下盡量的簡潔，降低成本； （3）、操作要方便、易于維護。 2.1.2配重臂裝卸裝置的工作原理 a b a—推進千斤頂 、b—抬舉

23、千斤頂 圖2-1 配重臂裝卸裝置工作原理 （a豎直提升、b水平推進） 該風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，包括配重臂裝卸裝置和液壓控制系統(tǒng)，走行輪安裝在固定軌道上，其中一個走行輪軸上裝有一個驅(qū)動臂，另一個走行輪軸上裝有一個擺動臂，通過拉桿與底座組成平行四邊形機構(gòu)，底座和驅(qū)動臂之間裝有升降液壓缸B，推進液壓缸A通過耳軸安裝在基礎(chǔ)上的固定支座上，其頭部與底座相聯(lián)；液壓控制系統(tǒng)由油箱組件、供油系統(tǒng)、進退油缸液壓系統(tǒng)、升降油缸液壓系統(tǒng)組成，進退油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂的進退并實現(xiàn)裝卸裝置的浮動，升降油缸液壓系統(tǒng)控制配重臂裝卸裝置的升、降和保壓，保證兩液壓缸的同步動作，實現(xiàn)抬升過程中低

24、壓和系統(tǒng)壓力的二次切換。本實用新型具有配重臂裝卸過程高效、安全、自動的優(yōu)點。 2.2 配重臂裝卸裝置部件的設(shè)計要求及參數(shù)確定 2.2.1 設(shè)計要求 在本次畢業(yè)設(shè)計中，我主要負責(zé)機械部分的設(shè)計工作。其中最主要的設(shè)計計算為整體尺寸的設(shè)計和材料的選擇，以及液壓千斤頂?shù)倪x擇上。 主要設(shè)計要求及參數(shù)： 設(shè)計參數(shù) 承載重量（kg） 提升高度（mm） 推進距離(mm) 數(shù)據(jù) 1000 300 500 表2-1 主要設(shè)計參數(shù) 根據(jù)現(xiàn)場實際需要初步確定裝置的平臺為2000*1050兩軸距離初定1400mm。 接下來確定其他部件的尺寸大小，首先要做的是為了保證提升高度桿7和

25、3的尺寸，由于他兩尺寸一致，所以確定完一個就可以 2.2.2 配重臂裝卸裝置的整體結(jié)構(gòu)尺寸確定 為本課題我們初期論證階段做了三套設(shè)計方案，并對這三套方案做了周密的比較和權(quán)衡，最終得到了合理的選擇。 方案一： a 方案二： b 方案三： c 圖2-2 初期三種方案對比 三種方案的初步比較： 方案1：桿7于平臺連接處的部分較長（400mm），轉(zhuǎn)動角度較小，力矩加大，需要液壓缸提供很大的推力，而且為保證強度各桿件的厚度也要加厚，不實用。 方案2：縮短了方案一中桿7的長度（200mm），有利于節(jié)省材料，但要達到工作要求的提升高度需很大的轉(zhuǎn)動角度（大約為97度）

26、，這就意味著對液壓缸的行程要求很大，一般難以滿足要求。 方案3：在對以上2種方案的比較和權(quán)衡中，選擇適當(dāng)?shù)母鳁U件的長度，液壓缸滿足各項要求，同時可以達到用料最省的目的，所以有了方案3 第三章 液壓支架主要零部件的設(shè)計與計算 所要用到的材料主要考慮到實際常用到的，而且符合設(shè)計要求的，這里沒有硬性的規(guī)定，可以選用槽鋼、H型鋼或焊接鋼結(jié)構(gòu)，但考慮到本設(shè)計有很多的鉸接點和焊接處，所以選擇了矩形冷彎空心型鋼料，具體尺寸如下圖所示： 3.1整機鋼結(jié)構(gòu)的選型 本裝置根據(jù)具體的設(shè)計特點選擇了矩形冷彎空新型鋼料，符合GB/T6728—2002。除拉桿外選擇60x40x4規(guī)格以外，其他均選擇10

27、0x50x5規(guī)格，截面如下圖所示： 圖3-1 選用的兩種鋼材截面 3.2 液壓缸的選擇 液壓千斤頂?shù)倪x擇要考慮很多因素： 第一，根據(jù)物體重量和工作的用途，選用工程液壓缸普遍用的16MP壓力 第二，工作時液壓缸要求可以雙向運動產(chǎn)生推拉力。故此我們選用單活塞桿雙作用液壓缸，安裝方式兩端鉸接，剛性導(dǎo)向。 第三，本裝置的液壓系統(tǒng)與采煤機械中的液壓支架基本類似，因此在技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上選擇采煤液壓支架類液壓缸 初步選擇的兩個液壓缸的參數(shù)如下表所示： 推力（kN） 內(nèi)徑（mm） 工作壓力（Mpa） 工作行程（mm） 提升千斤頂 80.43

28、 80 16 400 推進千斤頂 125.66 100 16 700 表3-1 液壓千斤頂技術(shù)參數(shù) 提升缸選擇采煤液壓支架用ZFB—20如圖；推進缸選擇采煤液壓支架用ZFB—31如圖 a．提升液壓缸 b. 推進液壓缸 圖3-2 選用的兩種液壓缸 3.3 液壓缸的設(shè)計計算 1）液壓缸設(shè)計計算步驟 1） 根據(jù)主機的運動要求，按表選擇液壓缸的類型。根據(jù)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)要求，按表選擇液壓缸的安裝方式。 2） 根據(jù)主機的動力分析和運動分析，確定液壓缸的主要性能參數(shù)和主要尺寸。如液壓缸的推力、速度、作用時間、內(nèi)徑、行程和活塞桿直徑等。 3） 根據(jù)選定的

29、工作壓力和材料進行液壓缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。如缸體壁厚、缸蓋結(jié)構(gòu)、密封形式、排氣與緩沖等。 4） 液壓缸性能的驗算。 2) 液壓缸的主要性能參數(shù)---推進液壓缸設(shè)計 液壓缸的主要尺寸為缸筒內(nèi)徑、活塞桿直徑和缸筒長度等。 1、 缸筒的內(nèi)徑D的計算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑D 計算公式為 式中 D---液壓缸內(nèi)徑（m） F---液壓缸推力（KN） P---選定的工作壓力（MPa） 根據(jù)求出的已知數(shù)據(jù) F=125.7KN P=16MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 D=1.00m 2、 活塞桿的直徑d，液壓缸輸出

30、拉力 根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿的直徑d 式中 d---活塞桿直徑（m） D---液壓缸直徑（m） ---速度比 液壓缸的往復(fù)運動速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25和1.15等幾種。根據(jù)下表選取速度比。表3-3 和P的關(guān)系 工作壓力p/MPa ≦10 12.5~20 ≧20 速度比 1.33 1.46；2 2 表3-2 和P的關(guān)系 由于工作壓力16MPa，選取速度比=2.0。 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 d=70mm 計算液壓缸輸出拉力

31、 3、 液壓缸行程s的確定 液壓缸行程s，主要依據(jù)機構(gòu)的運動要求而定。但為了簡化工藝和降低成本，按標準系列值選取s=700mm。 3) 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算 1、 缸筒壁厚的計算 缸筒的材料：45號鋼 當(dāng)D/δ<10時為厚壁，δ按下式校核 —試驗壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn≤16MPa時，=1.5pn 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =0.07m=7mm 取=13.5mm 缸體外徑的計算 式中 ---缸體外徑（m） 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =127mm 2、 缸底厚度的計算 平行缸底，當(dāng)缸底無油孔時 式中

32、 h---缸底厚度（m） D---液壓缸內(nèi)徑（m） ---試驗壓力（MPa） ---缸底材料的許用應(yīng)力（MPa） 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 h=15.6mm 4) 液壓缸的聯(lián)接計算 1、 缸蓋聯(lián)接計算 缸蓋聯(lián)接采用焊接聯(lián)接： 液壓缸缸底采用對焊時，焊縫的拉應(yīng)力為 式中 F---液壓缸輸出的最大推力（N） D---液壓缸直徑（m） P---系統(tǒng)最大工作壓力（Pa） ---液壓缸外徑(m) ---焊縫底徑（m） ---焊接效率，通

33、常取=0.7 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =56.8MPa 2、 銷軸、耳環(huán)的聯(lián)接計算 銷軸的聯(lián)接計算： 銷軸通常是雙面受剪，為此其直徑d應(yīng)按下式計算 式中 d---銷軸直徑（m） F---液壓缸輸出的最大推力（N） ---銷軸材料的許用切應(yīng)力（Pa），對于45鋼，=70MPa。 已知： F=125.7KN; =70MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 d=34mm 耳環(huán)的聯(lián)接計算： 耳環(huán)寬度為 式中 d---銷軸直徑（m） EW---耳環(huán)寬度（m）

34、---耳環(huán)材料的許用壓應(yīng)力（Pa），通常取=（0.2~0.25） ---耳環(huán)材料的抗拉強度(Pa) 已知： F=125.7KN;d=0.034m; =70MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 EW=52mm 5) 活塞桿穩(wěn)定性驗算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當(dāng)活塞桿直徑d與活塞桿的計算長度l之比大于10時，應(yīng)校核活塞桿的縱向抗彎強度或穩(wěn)定性。 1、 無偏心載荷 由材料力學(xué)知，受壓細長桿，當(dāng)載荷力接近某一臨界值時，桿將產(chǎn)生縱向彎曲。且其撓度值隨壓縮載荷的增加而急劇增大，以至屈曲破壞。 對于沒有偏心載荷的細長桿，其縱向彎曲強度的臨界值，可按等截

35、面法和非等截面法計算。 等截面計算法： 當(dāng)細長比時，可按歐拉公式計算臨界載荷。此時 式中 ---活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷（N） n---末端條件系數(shù) E---活塞桿材料的彈性模量，對于鋼，取為 J---活塞桿截面的轉(zhuǎn)動慣量（） 實心活塞桿 d---活塞桿直徑（m） l---活塞桿計算長度，即活塞桿在最大伸出時，活塞桿端支點和液壓缸安裝點間的距離（m） k---活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑（m） 實心活塞桿 A---

36、活塞桿截面積（）I 實心活塞桿 m---柔性系數(shù) 若活塞桿為實心桿，并用鋼鐵材料制造時，上式可以簡化為 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 6) 液壓缸的主要性能參數(shù)---提升液壓缸設(shè)計 液壓缸的主要尺寸為缸筒內(nèi)徑、活塞桿直徑和缸筒長度等。 1、 缸筒的內(nèi)徑D的計算 根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來計算液壓缸內(nèi)徑D 計算公式為 式中 D---液壓缸內(nèi)徑（m） F---液壓缸推力（KN） P---選定的工作壓力（MPa） 根據(jù)求出的已知數(shù)據(jù)

37、 D=0.08m 式中 ---液壓缸油口直徑（m） D---液壓缸內(nèi)徑（m） v---液壓缸最大輸出速度（m/min） ---油口液流速度（m/s） 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =0.015m=15mm 2、 活塞桿的直徑d，液壓缸輸出拉力 根據(jù)速度比的要求來計算活塞桿的直徑d 式中 d---活塞桿直徑（m） D---液壓缸直徑（m） ---速度比 液壓缸的往復(fù)運動速度比，一般有2、1.46、1.33、1.25和1.15等幾種,根據(jù)表3-2選取速度比,由于

38、工作壓力16MPa，選取速度比=1.46。 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 d=45mm 計算液壓缸輸出拉力 3、 液壓缸行程s的確定 液壓缸行程s，主要依據(jù)機構(gòu)的運動要求而定。但為了簡化工藝和降低成本，按標準系列值選取s=400mm。 7) 液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算 液壓缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要包括缸筒壁厚、油口直徑、缸底厚度、缸頭厚度等。 1、 缸筒壁厚的計算 缸筒的材料：45號鋼 按厚壁筒計算 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =0.056m=56mm 取=11mm 缸體外徑的計算 式中 ---缸體外徑（m） 按公式代入數(shù)

39、據(jù)，求得 =102mm 2、 缸底厚度的計算 平行缸底，當(dāng)缸底無油孔時 式中 h---缸底厚度（m） D---液壓缸內(nèi)徑（m） ---試驗壓力（MPa） ---缸底材料的許用應(yīng)力（MPa） 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 h=12.5mm 8) 液壓缸的聯(lián)接計算 1、 缸蓋聯(lián)接計算 缸蓋聯(lián)接采用焊接聯(lián)接： 液壓缸缸底采用對焊時，焊縫的拉應(yīng)力為 式中 F---液壓缸輸出的最大推力（N） D---液壓缸直徑（m） P---系統(tǒng)最大工作壓力（Pa）

40、 ---液壓缸外徑(m) ---焊縫底徑（m） ---焊接效率，通常取=0.7 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 =40.2MPa 2、 銷軸、耳環(huán)的聯(lián)接計算 銷軸的聯(lián)接計算： 銷軸通常是雙面受剪，為此其直徑d應(yīng)按下式計算 式中 d---銷軸直徑（m） F---液壓缸輸出的最大推力（N） ---銷軸材料的許用切應(yīng)力（Pa），對于45鋼，=70MPa。 已知： F=80.43KN; =70MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 d=27mm 耳環(huán)的聯(lián)接計算： 耳環(huán)寬度為

41、 式中 d---銷軸直徑（m） EW---耳環(huán)寬度（m） ---耳環(huán)材料的許用壓應(yīng)力（Pa），通常取=（0.2~0.25） ---耳環(huán)材料的抗拉強度(Pa) 已知： F=80.43KN; d=0.027m；=70MPa 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 EW=42mm 9) 活塞桿穩(wěn)定性驗算 液壓缸承受軸向壓縮載荷時，當(dāng)活塞桿直徑d與活塞桿的計算長度l之比大于10時，應(yīng)校核活塞桿的縱向抗彎強度或穩(wěn)定性。 1、 無偏心載荷 由材料力學(xué)知，受壓細長桿，當(dāng)載荷力接近某一臨界值時，桿將產(chǎn)生縱向彎曲。且其

42、撓度值隨壓縮載荷的增加而急劇增大，以至屈曲破壞。 對于沒有偏心載荷的細長桿，其縱向彎曲強度的臨界值，可按等截面法和非等截面法計算。 等截面計算法： 當(dāng)細長比時，可按歐拉公式計算臨界載荷。此時 式中 ---活塞桿縱向彎曲破壞的臨界載荷（N） n---末端條件系數(shù) E---活塞桿材料的彈性模量，對于鋼，取為 J---活塞桿截面的轉(zhuǎn)動慣量（） 實心活塞桿 d---活塞桿直徑（m） l---活塞桿計算長度，即活塞桿在最大伸出時，活塞桿端支點和液壓缸安裝點間的距離（m）

43、 k---活塞桿斷面的回轉(zhuǎn)半徑（m） 實心活塞桿 A---活塞桿截面積（）I 實心活塞桿 m---柔性系數(shù) 若活塞桿為實心桿，并用鋼鐵材料制造時，上式可以簡化為 已知： 按公式代入數(shù)據(jù)，求得 對選好的部件先進行安裝得到整機效果圖如下： 圖3-3 整機效果 第四章 整機重要部件的受力校核 當(dāng)工作平臺靜止時，整體受力（不考慮機構(gòu)的自身重量）如下圖所示。其中承載物體的重

44、量為G，兩輪軸受到地面豎直向上的力F1、F2，有以下關(guān)系式G= F1+F2，且F1+F2=G/2。作用在單側(cè)軸A、D處的力分別為F1/2、F2/2。 圖4-1 整機受力 4.1 左側(cè)頂桿支架校核 首先對左側(cè)頂桿支架做受力分析，并校核。其中收力如下圖所示： 圖4-2 左側(cè)頂桿支架做受力分析 由FA+ Fy=0、FC+ Fx=0可知FA=-Fy、FC=-Fx，對A點起距，得AB段的力矩如下式： 其中FA的方向始終豎直向上，大小為G/4。FC的方向始終水平，大小和桿的轉(zhuǎn)動角度有關(guān)。a為桿AB段與水平方向的夾角。由上式可知a越小桿件承受的力矩越大。當(dāng)AB段達到水平時

45、，力矩最大MAB=750N.m，F(xiàn)C=1250N。固對此時的受力進行強度校核。 桿件選用矩形鋼，其截面尺寸如下圖： 圖4-3 100X50X5矩形鋼截面尺寸 支架的主要失效形式是彎曲變形，因此對其彎矩應(yīng)力進行校核，彎矩圖如下表示： 圖4-4 彎矩圖 由于截面對稱，中性軸即為中心軸，所以最大拉應(yīng)力應(yīng)產(chǎn)生在上表面；最壓應(yīng)力產(chǎn)生在下表面處。由材料力學(xué)公式可得： 式中：l為上表面至中性軸的距離，I為慣性矩158.155cm4（機械設(shè)計手冊）。 代入數(shù)據(jù)可得： 同理可得最大壓應(yīng)力為23.7Mpa 本設(shè)計選用的鋼材為Q235，其最大許用應(yīng)力為158~235MP

46、a（機械設(shè)計手冊）。所以滿足設(shè)計使用要求。 4.2對拉桿2做強度校核 拉桿2僅受軸向的拉伸應(yīng)力，且FC的方向始終水平，大小和桿的轉(zhuǎn)動角度有關(guān)。由上一步得到的危險工作狀況可得FC=1250N。并可以判定此力也是整個工作范圍的最大拉力。查機械設(shè)計手冊可知道拉桿的截面（如下圖），截面積S=6.947cm2。 圖4-5 60X40X4矩形鋼截面尺寸 由材料力學(xué)中的拉應(yīng)力公式可得： 拉桿選用的鋼材為Q235，其最大許用應(yīng)力為158~235MPa（機械設(shè)計手冊）。所以滿足設(shè)計使用要求。 4.3右側(cè)頂桿支架校核 對右側(cè)頂桿支架做受力分析，并校核。其中受力如下圖所示：

47、 圖4-6 右側(cè)頂桿支架做受力分析 計算整桿受力，并對D點起距得： FE .sin（c）.lDE+FF.lDF+ FHy.lDH=0。 式中c=68度，可知FF=-1250N、FHy=1071N、FHx=2321N、 FE=3862N。 桿件選用矩形鋼，其截面尺寸如下圖： 圖4-7 100X50X5矩形鋼截面尺寸 支架的主要失效形式是彎曲變形，因此對其彎矩應(yīng)力進行校核， 彎矩圖為以下所示： 圖4-8 彎矩圖 由于截面對稱，中性軸即為中心軸，所以最大拉應(yīng)力應(yīng)產(chǎn)生在上表面；最壓應(yīng)力產(chǎn)生在下表面處。由材料力學(xué)公式可得： 式中：l為上表面至中性

48、軸的距離，I為慣性矩158.155cm4（機械設(shè)計手冊）。 代入數(shù)據(jù)可得： 同理可得最大壓應(yīng)力為11.9Mpa 本設(shè)計選用的鋼材為Q235，其最大許用應(yīng)力為158~235MPa（機械設(shè)計手冊）。所以滿足設(shè)計使用要求。 4.3銷釘校核 對桿1與平臺間的銷釘進行計算校核，其裝配如下圖： 圖4-9 銷釘安裝示意圖 受力簡圖為： 圖4-10 銷釘受力示意圖 其中F1 = F2 + F3=2500N，銷釘?shù)闹睆綖?6mm，截面積為A=0.00053m2。單側(cè)截面受力F=1250N，其端面上的剪切應(yīng)力為： 本設(shè)計選用的鋼材為Q235，其最大許用剪切應(yīng)力為20

49、~60MPa（機械設(shè)計手冊）。所以滿足設(shè)計使用要求。 第五章 結(jié)論與展望 通過本次的畢業(yè)設(shè)計，使我對大學(xué)五年所學(xué)的知識進行了一次全面綜合的復(fù)習(xí)和鞏固，對我畢業(yè)后的發(fā)展有很大的幫助。本設(shè)計是一種風(fēng)電變槳軸承試驗用配重臂裝卸裝置及裝卸方法，采用液壓系統(tǒng)驅(qū)動控制平行四連桿機構(gòu)，其進退控制閥組可實現(xiàn)進退缸的位置保持及浮動控制；升降控制閥組、同步馬達、升降缸閥組可實現(xiàn)升降缸的位置保持、升降缸的二級壓力切換及同步升降控制，具有自動化程度高、安全性好的優(yōu)點。大大提高了試車效率和生產(chǎn)安全性，滿足了風(fēng)電批量化生產(chǎn)的要求。本裝置利用四個液壓千斤頂作為主要動力，來驅(qū)動整機做豎直和水平運動，

50、且運動平穩(wěn)精確。豎直提升范圍在0~356mm，水平行程0~700mm，驅(qū)動力也完全滿足設(shè)計使用要求。經(jīng)過我的的細心設(shè)計，使得該機構(gòu)性能出色，結(jié)構(gòu)緊湊，且加工制造成本低廉，經(jīng)濟實用。由于初次進行一個完整機構(gòu)的設(shè)計與計算，在設(shè)計過程中難免會存在不足甚至是錯誤，還請諒解。 近年來由于環(huán)境和能源問題日趨緊張，風(fēng)電作為一種可再生綠色能源越來越受到世界關(guān)注，尤其是近十年．全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，我國風(fēng)電裝機容量更是迅猛增加，預(yù)計在2030年后風(fēng)電將成為我國繼煤炭、石油之后的第三大能源。目前風(fēng)電技術(shù)及其設(shè)備研制剛剛處于起步階段，我國的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)及其應(yīng)用相對落后于歐美，風(fēng)電設(shè)備在設(shè)計選型時應(yīng)關(guān)注的主要技術(shù)經(jīng)

51、濟指標還沒有較好的評價和分析方法。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在未來的很長一段時間里都會成為我國著重發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，如何提高風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率，有效利用資源將會是一個十分重要的問題，希望我國能在新能源和新技術(shù)領(lǐng)域取得巨大的成就。 謝 辭 在老師和同學(xué)的幫助下，經(jīng)過了數(shù)個月的努力，我終于完成了人生中的第一份畢業(yè)設(shè)計，此刻我心中充滿了激動與自豪，這是我對五年所學(xué)知識的完全應(yīng)用，看著自己做出的成果，心中有一種說不出的成就感。通過畢設(shè)階段的學(xué)習(xí)與實踐為我們將來的工作與發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。隨著畢設(shè)的結(jié)束，我的大學(xué)生活也將在這個學(xué)期即將劃上一個句號，在這五年里我學(xué)到了許多，成長了許多。在這里我要向培育

52、了我五年的母校表示感謝，感謝學(xué)校對我的培養(yǎng)與教育，感謝學(xué)校為我們創(chuàng)造了這么好的學(xué)習(xí)與生活環(huán)境。感謝我的指導(dǎo)教師邵萬珍老師，感謝邵老師對我的悉心指導(dǎo)與教育，感謝她對我不遺余力的講解與傳授，她認真求實的態(tài)度深深的感染了我，在她的關(guān)懷與指引下我才能順利的完成此次設(shè)計。同時也感謝所有機械教研組的老師們，感謝你們這五年來對我的教導(dǎo)。最后感謝這五年里陪我度過每個日日夜夜的同學(xué)們，祝交大的明天更加輝煌 參考文獻 [1] 何元庚.機械原理與機械零件.高等教育出版社,1998. [2] 孫志禮.機械設(shè)計.沈陽：東北大學(xué)出版社,

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